DE102021201652A1

DE102021201652A1 - Method for manufacturing a rack for a motor vehicle steering gear, rack for a motor vehicle steering gear and steering gear for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102021201652A1
Application number: DE102021201652.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dohmann
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN114954631A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange (3, 6) für ein Lenkgetriebe (2) eines Kraftfahrzeugs, die ein in Längsrichtung einer Längsachse (L) axial erstrecktes rohrförmiges Hohlprofil mit einem sich axial erstreckenden Verzahnungsabschnitt (31) mit einer Verzahnung aufweist, bei dem ein hohlzylindrischer Rohrabschnitt (4) mit einer gegebenen, über den Umfang gleichmäßigen Wandstärke (B) bereitgestellt wird, in den die Verzahnung (32) eingebracht wird, Um eine erweiterte Gestaltungsfreiheit der Verzahnung bei rationeller Fertigung zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor,- Erzeugen einer eine Wandstärkenvergrößerung (W) aufweisenden Abflachung (41) durch lokale plastische Umformung,- Erzeugen der Verzahnung (32) im Bereich der Wandstärkenvergrößerung (W).Eine Zahnstange ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.The present invention relates to a method for producing a rack (3, 6) for a steering gear (2) of a motor vehicle, which has a tubular hollow profile which extends axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis (L) and has an axially extending toothed section (31) with a toothing , in which a hollow-cylindrical tube section (4) with a given wall thickness (B) that is uniform over the circumference is provided, into which the toothing (32) is introduced - producing a flattening (41) having an increase in wall thickness (W) by local plastic deformation, - producing the toothing (32) in the region of the increase in wall thickness (W). A toothed rack is also an object of the invention.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebeeines Kraftfahrzeugs, die ein in Längsrichtung einer Längsachse axial erstrecktes rohrförmiges Hohlprofil mit einem sich axial erstreckenden Verzahnungsabschnitt mit einer Verzahnung aufweist, bei dem ein hohlzylindrischer Rohrabschnitt mit einer gegebenen, über den Umfang gleichmäßigen Wandstärke bereitgestellt wird, in den die Verzahnung eingebracht wird. Weiterhin ist eine Zahnstange und ein Lenkgetriebe Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a method for producing a rack for a steering gear of a motor vehicle, which has a tubular hollow profile which extends axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis and has an axially extending toothed section with teeth, in which a hollow-cylindrical tube section with a given wall thickness that is uniform over the circumference is provided into which the toothing is introduced. Furthermore, a rack and a steering gear is the subject of the invention.

In einer als Zahnstangenlenkung ausgebildeten Fahrzeuglenkung wird ein Lenkbefehl als Drehbewegung in die Lenkwelle eingebracht, auf der ein Ritzel angebracht ist, welches mit einer Verzahnung einer Zahnstange in einem Lenkgetriebe kämmt. Die Zahnstange ist in einem Lenkgetriebe in axialer Richtung, d.h. in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert, so dass eine Drehung des Ritzels in eine translatorische Bewegung der Zahnstange in deren Längsrichtung umgesetzt wird. Mit der Zahnstange sind Spurstangen verbunden, welche an den Achsschenkeln der zu lenkenden Räder angelenkt sind, so dass die translatorische Bewegung der Zahnstange in einen Lenkeinschlag der Räder umgesetzt wird.In a vehicle steering system designed as a rack and pinion steering system, a steering command is introduced as a rotational movement into the steering shaft, on which a pinion is attached, which meshes with a toothing of a rack in a steering gear. The rack is mounted in a steering gear so that it can be displaced in the axial direction, i.e. in the direction of its longitudinal axis, so that a rotation of the pinion is converted into a translational movement of the rack in its longitudinal direction. Tie rods are connected to the rack, which are linked to the steering knuckles of the wheels to be steered, so that the translational movement of the rack is converted into a steering angle of the wheels.

Um Gewicht einzusparen und träge Massen von bewegten Teilen zu reduzieren, ist es bekannt, die Zahnstange als Hohlkörper auszubilden, nämlich in Form eines rohrförmigen Hohlprofils.In order to save weight and to reduce inertial masses of moving parts, it is known to design the toothed rack as a hollow body, namely in the form of a tubular hollow profile.

Verfahren zur Herstellung einer hohlen Zahnstange sind im Stand der Technik beispielsweise in der WO 2019/078276 A1 oder der EP 1 839 772 A1 beschrieben. Zur Fertigung wird zunächst ein achssymmetrischer, hohlzylindrischer Rohrabschnitt mit umlaufend gleichmäßiger Wandstärke (Wanddicke) bereitgestellt, an dem der Verzahnungsabschnitt ausgebildet wird. Die Verzahnung wird durch plastische Verformung der Rohrwandung erzeugt, indem ein Presswerkzeug mit einem der negativen Zahnform entsprechenden Formhohlraum, auch als Werkzeuggravur bezeichnet, in radialer Richtung von außen gegen den Rohrabschnitt angepresst wird. Dabei wird das Material der Rohrwandung der Oberfläche des Zahnprofils folgend in Umfangsrichtung, radial und axial verdrängt und deformiert. Auf diese Weise wird in den kreisringförmigen Rohrquerschnitt eine Verzahnung mit einer Mehrzahl von in axialer Richtung im Zahnabstand aufeinander folgenden Zähnen in die Rohrwandung eingepresst.Methods for producing a hollow rack are in the prior art, for example in WO 2019/078276 A1 or the EP 1 839 772 A1 described. For production, an axisymmetric, hollow-cylindrical tube section with a circumferentially uniform wall thickness (wall thickness) is first provided, on which the toothed section is formed. The toothing is produced by plastic deformation of the tube wall by pressing a pressing tool with a mold cavity corresponding to the negative tooth shape, also referred to as tool engraving, in the radial direction from the outside against the tube section. The material of the pipe wall is displaced and deformed in the circumferential direction, radially and axially following the surface of the tooth profile. In this way, a toothing with a plurality of teeth following one another in the axial direction at the tooth spacing is pressed into the pipe wall in the annular pipe cross-section.

Vorteilhaft ist die rationelle Fertigung einer hohlen Zahnstange mit relativ geringer Masse. Bedingt durch das Pressverfahren ist jedoch, dass - in Abhängigkeit von der Zahngeometrie und -Abmessung - die angestrebte, möglichst gleichmäßige Füllung und Konturengenauigkeit der Zähne nicht oder nur mit hohem Fertigungsaufwand realisierbar ist. Außerdem bewirkt das Einprägen der Zahnkontur eine lokale Verringerung der Wandstärke. Dadurch ist die Gestaltungsfreiheit der Verzahnung grundsätzlich eingeschränkt. Eine zusätzliche Nachbearbeitung zur Optimierung der Zahngeometrie durch Schleifen oder dergleichen ist wegen des Materialabtrags und der damit einhergehenden weiteren Wandungsverdünnung allenfalls eingeschränkt möglich, und bringt zusätzlichen Fertigungsaufwand mit sich.The rational production of a hollow toothed rack with a relatively low mass is advantageous. Due to the pressing process, however, it is possible that - depending on the tooth geometry and dimensions - the desired, as uniform as possible filling and contour accuracy of the teeth cannot be achieved or can only be achieved with high production costs. In addition, stamping the tooth contour causes a local reduction in wall thickness. As a result, the design freedom of the toothing is fundamentally restricted. Additional post-processing to optimize the tooth geometry by grinding or the like is at best possible to a limited extent because of the material removal and the associated further thinning of the walls, and entails additional manufacturing costs.

Angesichts der vorangehend erläuterten Problematik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine erweiterte Gestaltungsfreiheit der Verzahnung bei rationeller Fertigung zu ermöglichen.In view of the problems explained above, it is an object of the present invention to enable an extended freedom of design of the toothing with rational production.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die danach hergestellte Zahnstange nach Anspruch 12 und 13 und das Lenkgetriebe gemäß Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention by the method for producing a rack with the features of claim 1, the rack produced according to claim 12 and 13 and the steering gear according to claim 15. Advantageous developments result from the dependent claims.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs, die ein in Längsrichtung einer Längsachse axial erstrecktes rohrförmiges Hohlprofil mit einem sich axial erstreckenden Verzahnungsabschnitt mit einer Verzahnung aufweist, bei dem ein hohlzylindrischer Rohrabschnitt mit einer gegebenen, über den Umfang gleichmäßigen Wandstärke bereitgestellt wird, in den die Verzahnung eingebracht wird, werden erfindungsgemäß die Schritte vorgeschlagen,

- Erzeugen einer eine Wandstärkenvergrößerung aufweisenden Abflachung durch lokale plastische Umformung,
- Erzeugen der Verzahnung im Bereich der Wandstärkenvergrößerung.

In a method for producing a toothed rack for a steering gear of a motor vehicle, which has a tubular hollow profile which extends axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis and has an axially extending toothed section with teeth, in which a hollow-cylindrical tube section with a given wall thickness that is uniform over the circumference is provided , in which the toothing is introduced, the steps proposed according to the invention

- Generating a flattening with an increase in wall thickness by local plastic deformation,
- Creation of the toothing in the area of the wall thickness increase.

Erfindungsgemäß wird an dem zylindrischen Rohrabschnitt, der eine zylinderförmig umlaufende Rohrwandung oder Wandung mit einer gleichmäßigen Wandstärke hat, in einem ersten Schritt eine Abflachung erzeugt, die einen ebenen bzw. zumindest abschnittweise planen Flächenbereich aufweist oder durch einen solchen gebildet wird, der sich - bezogen auf den kreisrunden Rohrquerschnitt des Rohrabschnitts - parallel zu einer Sekante und parallel zur Längsachse erstreckt.According to the invention, in a first step, a flattening is produced on the cylindrical pipe section, which has a cylindrical, peripheral pipe wall or wall with a uniform wall thickness, which has a flat or at least partially flat surface area or is formed by such a surface area, which - based on the circular tube cross-section of the tube section - extends parallel to a secant and parallel to the longitudinal axis.

Die Abflachung wird dadurch erzeugt, dass ein zylindersegmentförmiger Umfangsteilbereich der Wandung zumindest abschnittweise in den ebenen Wandungsabschnitt der Abflachung plastisch umgeformt wird, konkret flachgedrückt wird. Der übrige Außenumfang des Rohrabschnitts außerhalb des Umfangsteilbereichs der Abflachung bleibt bevorzugt in seiner zylindrischen Form und seinem ursprünglichen Durchmesser im Wesentlichen erhalten. Unter im Wesentlichen ist hier zu verstehen, dass der Durchmesser sich zwar in einem messbaren Bereich minimal veränder kann, dies aber im technischen Sinne keine Änderung darstellt, da die Änderung des Durchmessers kleiner als 5% des ursprünglichen Durchmessers beträgt. Dadurch, dass die Breite der Abflachung gemessen in Richtung der oben genannten Sekante kleiner ist als die ursprüngliche, in Umfangsrichtung gemessene Umfangsbreite des Umfangsteilbereichs, tritt beim Flachdrücken ein Materialfluss in radialer Richtung und in Umfangsrichtung auf. Mit anderen Worten erfolgt dabei eine Art Stauchung in Umfangsrichtung, was eine Wandstärkenvergrößerung - gemessen in radialer Richtung - im Bereich der Abflachung bewirkt.The flattening is produced in that a peripheral portion in the form of a segment of a cylinder the wall is plastically deformed at least in sections into the planar wall section of the flattening, concretely flattened. The remaining outer circumference of the pipe section outside of the partial circumferential area of the flattening preferably remains essentially in its cylindrical shape and its original diameter. Essentially here is to be understood that although the diameter can change minimally within a measurable range, this does not represent a change in the technical sense, since the change in diameter is less than 5% of the original diameter. Due to the fact that the width of the flat area, measured in the direction of the above-mentioned secant, is smaller than the original circumferential width of the partial circumferential region, measured in the circumferential direction, material flows in the radial direction and in the circumferential direction when flattened. In other words, a kind of compression occurs in the circumferential direction, which causes an increase in wall thickness—measured in the radial direction—in the area of the flattening.

Im Bereich der Wandstärkenvergrößerung, gleichbedeutend auch als Wand- oder Wandungsverdickung oder Abflachungs-Wandstärke bezeichnet, ist die Wandstärke größer als in dem übrigen, bevorzugt mit dem ursprünglichen Außendurchmesser des Rohrabschnitts zylindrisch umlaufenden Umfang im Bereich der Abflachung.In the area of the wall thickness increase, also referred to as wall or wall thickening or flattening wall thickness, the wall thickness is greater than in the rest of the circumference, preferably with the original outer diameter of the pipe section, cylindrically in the area of the flattening.

In der gezielten Erzeugung der lokalen, über einen Umfangsteilbereich begrenzten, ebenen Wandstärkenvergrößerung besteht ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik, bei dem die Rohrwandung in die Zahnform gepresst wird unter Inkaufnahme der oben genannten Nachteile.The targeted production of the local, planar increase in wall thickness limited over a partial circumferential area is a significant difference from the prior art, in which the tube wall is pressed into the tooth shape, accepting the disadvantages mentioned above.

Im nachfolgenden Schritt erfolgt das Erzeugen der Verzahnung im Bereich der Wandstärkenvergrößerung. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine nachfolgende formgebende Bearbeitung, um die Verzahnung in der zunächst im Wesentlichen ebenen Abflachung auszubilden. Dabei ist es durch die vergrößerte Wandstärke möglich, Formgebungsverfahren einzusetzen, welche im Stand der Technik bedingt durch die zur Gewichtsersparnis möglichst limitierte, relativ geringe Wandstärke des Rohrabschnitts nicht realisierbar sind. Daraus resultieren die Vorteile einer größeren konstruktiven Gestaltungsfreiheit, und zwar insbesondere hinsichtlich Formgebung und Abmessungen der Zähne der Verzahnung. Darüber hinaus ergeben sich fertigungstechnische Vorteile durch den Einsatz von optimierten Formgebungsverfahren, um verglichen mit den bekannten eingepressten Verzahnungen eine höhere Zahnfüllung und/oder eine verbesserte Genauigkeit der Zahnkontur zu realisieren. Beispielsweise können die Zähne durch Zerspanung aus dem Vollen gebildet werden, wie weiter unten noch ausgeführt wird.In the next step, the toothing is created in the area of the increased wall thickness. This is preferably a subsequent shaping process in order to form the toothing in the initially essentially planar flattening. The increased wall thickness makes it possible to use shaping processes which cannot be implemented in the prior art due to the relatively small wall thickness of the pipe section, which is limited as much as possible to save weight. This results in the advantages of greater freedom of design, in particular with regard to the shape and dimensions of the teeth of the toothing. In addition, manufacturing advantages result from the use of optimized shaping processes in order to achieve greater tooth filling and/or improved accuracy of the tooth contour compared to the known pressed-in toothing. For example, the teeth can be formed from the solid by machining, as will be explained further below.

Die bisherigen Einschränkungen durch eine zu geringe Wandstärke des Rohrabschnitts können überwunden werden, ohne von vornherein eine über den gesamten Umfang größere Wandstärke einzusetzen, was zu einem nachteiligen höheren Gewicht führen würde.The previous limitations due to the wall thickness of the tube section being too small can be overcome without using a greater wall thickness over the entire circumference from the outset, which would lead to a disadvantageous higher weight.

Bevorzugt kann die Zahnstange aus Stahl gefertigt sein, vorzugsweise aus einer gut kalt umformbaren Stahlsorte. Beispielsweise kann ein Rohrabschnitt als Halbzeug einfach durch Ablängen von Stahl-Rohrmaterial (Halbzeug) konfektioniert werden.The toothed rack can preferably be made of steel, preferably of a type of steel that can be easily cold-formed. For example, a tube section can be assembled as a semi-finished product simply by cutting steel tube material (semi-finished product) to length.

Es ist möglich, dass die Wandstärkenvergrößerung durch Flachumformen eines Umfangsteilbereichs des Rohrabschnitts erzeugt wird. Zum Flachumformen können plastische Umformverfahren zum Einsatz kommen, welche geeignet sind, den ursprünglich zylindersegmentförmigen Teilbereich des zylindrischen Rohrabschnitts in die im Wesentlichen ebene Abflachung zu überführen und gleichzeitig die erfindungsgemäße Wandstärkenvergrößerung zu erzeugen, beispielsweise durch Pressen, Hämmern, Kneten oder dergleichen. Mit Vorteil können Umformverfahren eingesetzt werden, die eine über einen Umfangsteilbereich lokal begrenzte Wandverdickung erzeugen können, wobei im übrigen Umfang die zylindrische Form und die ursprüngliche Wandstärke unverändert bleibt. Daraus resultieren die genannten konstruktiven und fertigungstechnischen Vorteile, und das angestrebte relativ geringe Gewicht bezogen auf die Lange der hohlen Zahnstange bleibt ebenfalls erhalten.It is possible for the increase in wall thickness to be produced by flattening a partial peripheral area of the pipe section. Plastic forming methods can be used for flat forming, which are suitable for converting the originally cylinder-segment-shaped partial area of the cylindrical tube section into the essentially flat flattening and at the same time for generating the wall thickness increase according to the invention, for example by pressing, hammering, kneading or the like. Advantageously, forming methods can be used that can produce a wall thickening that is locally limited over a peripheral partial area, with the cylindrical shape and the original wall thickness remaining unchanged over the rest of the circumference. This results in the design and manufacturing advantages mentioned, and the desired relatively low weight in relation to the length of the hollow toothed rack is also retained.

Mit Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Wandstärkenvergrößerung durch Kaltumformung erzeugt wird. Dabei handelt es sich um gängige Massivumformverfahren, welche rationell umsetzbar sind. Ein Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass durch die plastische Umformung lediglich die Abflachung erzeugt wird, welche eine relativ einfache geometrische Form hat, welche - im Gegensatz zur Erzeugung der Verzahnung im Stand der Technik - problemlos und ohne fertigungstechnische Einschränkungen durch Kaltumformen erzeugt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Kaltumformen die Gefügestruktur im Bereich der Wandstärkenvergrößerung verbessert und die Festigkeit erhöht wird. Dadurch ergibt sich eine erweiterte Designfreiheit bezüglich der nachfolgend eingebrachten Verzahnung, und auch die Verschleißfestigkeit der Verzahnung und die Laufruhe können erhöht werden.It can advantageously be provided that the increase in wall thickness is produced by cold forming. These are common solid forming processes that can be implemented efficiently. An advantage of the method according to the invention is that only the flattening is produced by the plastic forming, which has a relatively simple geometric shape which—in contrast to the production of the toothing in the prior art—can be produced by cold forming without any problems and without production-related restrictions. Another advantage is that cold forming improves the microstructure in the area of increased wall thickness and increases strength. This results in an expanded design freedom with regard to the subsequently introduced toothing, and the wear resistance of the toothing and smooth running can also be increased.

Es kann vorgesehen sein, dass die plastische Umformung durch ein in radialer Richtung von außen angreifendes Umformwerkzeug erfolgt. Dabei wird ein Umformwerkzeug mit einer Werkzeug- bzw. Formfläche, die mit der Abflachung korrespondiert, radial gegen den Rohrabschnitt bewegt, um den zylindrischen Umfangsabschnitt zu ebnen und die die Abflachung zu erzeugen. Die plastische Flachumformung kann mit vorteilhaft geringem Fertigungsaufwand umgesetzt werden, beispielsweise durch Fließpressen, Kneten, Hämmern oder dergleichen.It can be provided that the plastic deformation by a radial direction of outside attacking forming tool takes place. In this case, a forming tool with a tool or mold surface which corresponds to the flattening is moved radially against the tube section in order to level the cylindrical peripheral section and to produce the flattening. The plastic flat forming can be implemented with advantageously little manufacturing effort, for example by impact extrusion, kneading, hammering or the like.

Bevorzugt wird der Rohrabschnitt während der in radialer Richtung einwirkenden Umformkraft in dem Umfang außerhalb der Abflachung, in dem sogenannten Bereich des Rückens der Zahnstange, derart abgestützt, dass die zylindrische Form und die Abmessungen dort während der Erzeugung der Wandstärkenvergrößerung nicht verändert werden. Beispielsweise kann der Rohrabschnitt in einer hohlzylindrischen Aufnahme oder Halterung aufgenommen sein, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des Rohrabschnitts angepasst ist. Dadurch kann der Rohrabschnitt fertigungstechnisch einfach und effizient formstabil abgestützt werden.During the forming force acting in the radial direction, the pipe section is preferably supported on the circumference outside of the flattening, in the so-called area of the back of the toothed rack, in such a way that the cylindrical shape and the dimensions there are not changed during the production of the wall thickness increase. For example, the tube section can be accommodated in a hollow-cylindrical receptacle or holder, the inside diameter of which is adapted to the outside diameter of the tube section. As a result, the pipe section can be supported in a dimensionally stable manner in a simple and efficient manner in terms of production technology.

Eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens kann vorsehen, dass die plastische Umformung durch oszillierendes Hämmern erfolgt. Beim oszillierenden Hämmern handelt es sich um ein Kaltumformverfahren, bei dem mittels eines Hammerwerkzeugs eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Hammerschlägen auf den umzuformenden Bereich ausgeübt wird, beim erfindungsgemäßen Verfahren in radialer Richtung, welche der Normalenrichtung der Abflachung entspricht. Bei jedem Hammerschlag erfolgt eine minimale, inkrementelle Umformung, welche so oft wiederholt wird, bis das gewünschte Endmaß der Abflachung erreicht ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein gleichmäßiger, kontrollierter Umformprozess realisiert werden, der eine optimierte Gefügestruktur und Anpassung der Form ermöglicht.An advantageous embodiment of the method can provide that the plastic deformation takes place by oscillating hammering. Oscillating hammering is a cold forming method in which a number of successive hammer blows are applied to the area to be formed using a hammer tool, in the method according to the invention in the radial direction, which corresponds to the normal direction of the flattening. With each hammer blow, a minimal, incremental deformation takes place, which is repeated until the desired final dimension of the flattening is reached. As a result, a uniform, controlled forming process can be implemented in an advantageous manner, which enables an optimized microstructure and adaptation of the shape.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die plastische Umformung in axialer Richtung fortschreitend erfolgt. Dabei ist das Umformwerkzeug, beispielsweise das beim Hämmern eingesetzte Hämmerwerkzeug, in axialer Richtung kürzer sein als die axiale Länge der Abflachung, die der Länge des Verzahnungsabschnitts entspricht. Um die plastische Umformung über die gesamte Länge der Abflachung zu erzeugen, werden das Umformwerkzeug und der Rohrabschnitt während des Umformprozesses durch einen axialen Vorschub in axialer Richtung relativ zueinander bewegt. Beispielsweise kann ein schrittweiser axialer Vorschub erfolgen, der mit der Bewegung eines oszillierenden Umformwerkzeugs synchronisiert ist, beispielsweise dem vorangehend genannten Hämmerwerkzeug. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige, spannungsarme Umformung erfolgen, wodurch eine vorteilhaft optimierte Gefügestruktur realisierbar ist.Provision can preferably be made for the plastic deformation to take place progressively in the axial direction. The forming tool, for example the hammering tool used for hammering, must be shorter in the axial direction than the axial length of the flat area, which corresponds to the length of the toothed section. In order to produce the plastic deformation over the entire length of the flattening, the deformation tool and the tube section are moved relative to one another in the axial direction during the deformation process by means of an axial feed. For example, a stepwise axial feed can be effected which is synchronized with the movement of an oscillating forming tool, for example the aforementioned peening tool. As a result, a particularly uniform, low-stress deformation can take place, as a result of which an advantageously optimized microstructure can be realized.

Alternativ zu einem schrittweisen kann auch ein kontinuierlicher Vorschub erfolgen. Dadurch kann auch eine plastische Umformung durch Walzen in axialer Richtung erfolgen.As an alternative to a step-by-step feed, a continuous feed can also take place. As a result, plastic deformation can also take place by rolling in the axial direction.

Es kann vorgesehen sein, dass bei der plastischen Umformung ein Stützdorn in dem Rohrabschnitt angeordnet ist. Der Stützdorn kann bevorzugt einen Stützquerschnitt haben, der dem Innenquerschnitt des Verzahnungsabschnitts entspricht. Dieser wird vor der Umformung in den offenen Rohrquerschnitt eingeführt und dient beim Umformen als Gegenwerkzeug, also als eine Art Amboß oder Untergesenk für ein von außen zur Erzeugung der Wandstärkenvergrößerung im Bereich der Abflachung einwirkendes Umformwerkzeug, beispielsweise ein Hammerwerkzeug. Durch den Stützdorn kann mit geringem Aufwand sichergestellt werden, dass die Wandstärkenvergrößerung lokal im Umfangsbereich der Abflachung erfolgt, während der übrige Umfang unverformt bleibt, so dass insbesondere dort die Wandstärke geringer ist als im Umfangsbereich der erfindungsgemäßen Wandstärkenvergrößerung.Provision can be made for a supporting mandrel to be arranged in the pipe section during the plastic deformation. The support mandrel can preferably have a support cross section which corresponds to the internal cross section of the toothed section. This is inserted into the open tube cross-section before forming and serves as a counter tool during forming, i.e. as a kind of anvil or lower die for a forming tool, for example a hammer tool, acting from the outside to increase the wall thickness in the area of the flattening. The mandrel can be used to ensure with little effort that the wall thickness increase takes place locally in the peripheral area of the flattening, while the remaining circumference remains undeformed, so that the wall thickness there in particular is less than in the peripheral area of the wall thickness increase according to the invention.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Wandstärkenvergrößerung größer ist als 10% der Wandstärke des hohlzylindrischen Rohrabschnitts, d.h. die Wandstärke im Bereich der Wandstärkenvergrößerung 110% oder mehr der ursprünglichen Wandstärke beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Wandstärkenvergrößerung 20% oder mehr, bezogen auf die Wandstärke des Rohrabschnitts d.h. die Wandstärke im Bereich derWandstärkenvergrößerung 120% oder mehr der ursprünglichen Wandstärke beträgt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Wandstärkenvergrößerung fertigungstechnisch problemlos realisiert werden kann, und gleichzeitig ein hinreichender Materialquerschnitt bereitgestellt wird, der eine optimierte Erzeugung der Verzahnung ermöglicht.It can preferably be provided that the increase in wall thickness is greater than 10% of the wall thickness of the hollow-cylindrical pipe section, i.e. the wall thickness in the area of the increase in wall thickness is 110% or more of the original wall thickness. The increase in wall thickness is particularly preferably 20% or more, based on the wall thickness of the pipe section, i.e. the wall thickness in the area of the increase in wall thickness is 120% or more of the original wall thickness. It can thereby be ensured that the increase in wall thickness can be implemented without any problems in terms of production technology, and at the same time a sufficient material cross section is provided which enables an optimized production of the toothing.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Wandstärkenvergrößerung kleiner ist als 40% der Wandstärke des hohlzylindrischen Rohrabschnitts. Besonders bevorzugt beträgt die Wandstärkenvergrößerung 30% oder weniger, bezogen auf die Wandstärke des Rohrabschnitts d.h. die Wandstärke im Bereich der Wandstärkenvergrößerung 130% oder weniger der ursprünglichen Wandstärke beträgt. Dadurch kann eine vorteilhaft hohe Eigenfrequenz und Steifigkeit des Zahnstangen-Hohlprofils im Bereich des Verzahnungsabschnitts sichergestellt werden, und potentielle Probleme durcheinen zu hohen Umformgrad werden sicher vermieden. Dabei ist der zur optimierten Erzeugung der Verzahnung zur Verfügung stehende Materialquerschnitt in jedem Fall ausreichend.Provision can preferably be made for the wall thickness increase to be less than 40% of the wall thickness of the hollow-cylindrical tube section. The increase in wall thickness is particularly preferably 30% or less, based on the wall thickness of the pipe section, ie the wall thickness in the area of the increase in wall thickness is 130% or less of the original wall thickness. As a result, an advantageously high natural frequency and rigidity of the rack hollow profile in the area of the toothed section can be ensured, and potential problems caused by an excessive degree of deformation are reliably avoided. In this case, the tooth for the optimized generation is The material cross-section available for the calculation is sufficient in any case.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Verzahnung durch spanabhebende Bearbeitung ausgebildet wird. Dabei können die Zähne bevorzugt durch Zerspanung aus dem Vollen ausgebildet werden, beispielsweise durch Fräsen oder Räumen. Das bedeutet, dass die Abflachung nach dem Schritt der erfindungsgemäßen Wandstärkenverdickung zunächst eben ist und zunächst keine Zahnstruktur aufweist, die erst nachfolgend durch spanende Bearbeitung erzeugt wird. Ein Vorteil der Erzeugung durch spanabhebende Verfahren ist, dass bessere Füllung der Zähne realisiert werden kann verglichen mit einer durch rein plastische Umformung erzeugten Verzahnung. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass ohne weitere Nachbearbeitung eine optimierte Zahngeometrie mit einer höheren Designfreiheit bereitgestellt werden kann, als dies durch rein plastische Formgebung wie im Stand der Technik möglich wäre. Durch die erfindungsgemäße plastische Wandstärkenvergrößerung wird dabei ein besonders festes Gefüge erzeugt, so dass die durch spanabhebende Bearbeitung erzeugten Zähne eine hohe Festigkeit haben.An advantageous embodiment of the invention provides that the toothing is formed by machining. In this case, the teeth can preferably be formed by machining from the solid, for example by milling or broaching. This means that after the step of thickening the wall thickness according to the invention, the flattening is initially flat and initially has no tooth structure, which is only subsequently produced by machining. One advantage of producing by machining is that better filling of the teeth can be achieved compared to toothing produced by purely plastic forming. In addition, it is advantageous that an optimized tooth geometry can be provided with greater design freedom without further post-processing than would be possible with purely plastic shaping as in the prior art. The inventive plastic increase in wall thickness produces a particularly strong structure, so that the teeth produced by machining have a high level of strength.

Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Verzahnung durch plastische Umformung erzeugt wird. Bevorzugt kann im Bereich der erfindungsgemäßen Wandstärkenvergrößerung eine plastische Formgebung erfolgen, um die Zahngeometrie zumindest teilweise auszubilden. Beispielsweise kann Stahl durch Warmumformung bei 650°-700°C umgeformt werden, bevorzugt gut warmumformbare Stahlsortern. Dabei kann bereits eine gute Füllung der Zähne realisiert werden, wobei durch die erfindungsgemäßen Wandstärkenvergrößerung eine lokal erhöhte Steifigkeit der Verzahnung ermöglicht wird, und zusätzlich oder alternativ eine spanabhebende Bearbeitung zur Optimierung der Zahngeometrie ermöglicht ist.Provision can also be made for the toothing to be produced by plastic deformation. Plastic shaping can preferably take place in the area of the increase in wall thickness according to the invention in order to at least partially form the tooth geometry. For example, steel can be formed by hot forming at 650°-700°C, preferably steel grades that are good for hot forming. In this way, a good filling of the teeth can already be achieved, with the increase in wall thickness according to the invention enabling a locally increased rigidity of the toothing, and additionally or alternatively machining to optimize the tooth geometry is made possible.

Es ist möglich, dass mindestens ein den Verzahnungsabschnitt aufweisendes Zahnsegment erzeugt wird und in einem nachfolgenden Schritt mit mindestens einem weiteren Schaftsegment axial zusammengefügt wird. Auf dieses Weise kann eine erfindungsgemäß gefertigte Zahnstange in einer sogenannten gebauten Zahnstange integriert werden, die aus mindestens zwei zunächst separat gefertigten und bereitgestellten, axial erstreckten Schaftsegmenten mittels geeigneter Fügeverfahren wie Schweißen oder dergleichen zusammengefügt ist. Ein weiteres Schaftsegment kann ebenfalls ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Zahnsegment umfassen. Es können alternativ oder zusätzlich an eine erfindungsgemäße Zahnstange als weiteres Schaftsegment auch ein Gewindesegment, ein Lager- oder Verbindungssegment oder dergleichen angefügt werden. Dieses weitere Schaftsegment kann ebenfalls wie das Zahnsegment als hohles Bauteil ausgebildet sein. Alternativ kann das weitere Schaftsegment aus einem Vollmaterial gebildet sein.It is possible for at least one toothed segment having the toothed section to be produced and joined together axially with at least one further shaft segment in a subsequent step. In this way, a toothed rack manufactured according to the invention can be integrated in a so-called assembled toothed rack, which is assembled from at least two axially extending shaft segments initially manufactured and provided separately by means of suitable joining methods such as welding or the like. Another shaft segment can also include a toothed segment produced according to the method according to the invention. Alternatively or additionally, a threaded segment, a bearing or connecting segment or the like can also be attached to a toothed rack according to the invention as a further shaft segment. Like the toothed segment, this additional shaft segment can also be designed as a hollow component. Alternatively, the further shaft segment can be formed from a solid material.

Es ist auch denkbar und möglich, dass an dem Rohrabschnitt mindestens ein weiterer Funktionsabschnitt erzeugt wird. Dies kann ein weiterer Verzahnungsabschnitt sein, und zusätzlich oder alternativ ein Verbindungs- oder Lagerabschnitt, ein Gewindeabschnitt oder dergleichen. Auf diese Weise kenn eine erfindungsgemäß optimierte Verzahnung auch in eine einstückige Bauform einer Zahnstange für eine Kraftfahrzeuglenkung integriert werden, beispielsweise mittels plastischer und/oder spanabhebender Bearbeitung.It is also conceivable and possible for at least one further functional section to be produced on the pipe section. This can be a further toothed section, and additionally or alternatively a connection or bearing section, a threaded section or the like. In this way, toothing optimized according to the invention can also be integrated into a one-piece design of a toothed rack for a motor vehicle steering system, for example by means of plastic and/or machining.

Mittels der vorangehend erläuterten Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahren kann bevorzugt eine Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs zu Verfügung gestellt werden. Diese zeichnet sich gegenüber den im Stand der Technik bekannten, rein plastisch aus einem Rohrabschnitt erzeugten Verzahnungen dadurch aus, dass eine verbesserte Füllung der Zähne, eine optimierte Zahnkontur und eine erhöhte Haltbarkeit ermöglicht ist.A toothed rack for a steering gear of a motor vehicle can preferably be made available by means of the above-explained embodiments of the method according to the invention. This is distinguished from the toothings known in the state of the art, which are produced purely plastically from a tube section, in that improved filling of the teeth, an optimized tooth contour and increased durability are made possible.

Gelöst wird die Aufgabe ebenfalls durch eine Zahnstange für ein Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeugs, die einen in Längsrichtung einer Längsachse axial erstreckten rohrförmigen Grundkörper mit einem sich axial erstreckenden Verzahnungsabschnitt mit einer Verzahnung mit zumindest einem Zahn aufweist. Erfindungsgemäß weist der rohrförmige Grundkörper zumindest in einem zu dem Verzahnungsabschnitts benachbarten Abschnitt eine über den Umfang gleichmäßige Wandstärke auf und der Verzahnungsabschnitt weist im Bereich des Zahns eine Wandstärkenvergrößerung auf, die größer ist als die Wandstärke. Im Beerich der Wandstärkenvergrößerung ist die Wandstärke größer als außerhalb des Verzahnungsabschnitts.The object is also achieved by a toothed rack for a steering gear of a motor vehicle, which has a tubular base body extending axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis with an axially extending toothed section having a toothing with at least one tooth. According to the invention, the tubular base body has a wall thickness that is uniform over the circumference, at least in a section adjacent to the toothed section, and the toothed section has a wall thickness increase in the area of the tooth that is greater than the wall thickness. In the area where the wall thickness increases, the wall thickness is greater than outside the toothed section.

Dank der mit dem Verfahren gemeinen allgemeinen erfinderischen Idee der Wandstärkenvergrößerung, kann die Verzahnung ohne die Nachteile des Standes der Technik in dem Verzahnungsabschnitt ausgebildet sein.Thanks to the general inventive idea of increasing the wall thickness that is common to the method, the toothing can be formed in the toothed section without the disadvantages of the prior art.

Bevorzugt ist die Verzahnung durch eine spanabhebende Operation gebildet. Alternativ oder zusätzlich weist der Verzahnungsabschnitt eine gegenüber dem benachbarten Abschnitt verringerte Bruchdehnung auf.The toothing is preferably formed by a machining operation. Alternatively or additionally, the toothed section has a reduced elongation at break compared to the adjacent section.

Bevorzugt weist der Zahn eine Höhe auf, die größer ist als die Wandstärke. Die Höhe des Zahns ist der Abstand zwischen Zahnkopf und Zahnfuß. Dank dieser Weiterbildung kann die Zahnstangenstabilität weiter erhöht werden.The tooth preferably has a height that is greater than the wall thickness. The height of the tooth is the distance between the tooth crest and the tooth base. Thanks to this development, the rack stability can be further increased.

Die zu dem Verfahren beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen lassen sich ohne weiteres auf die Zahnstange übertragen, allein dadurch, dass diese und das Verfahren auf einer gemeinsamen erfinderischen Idee basieren.The advantageous developments described for the method can easily be transferred to the toothed rack simply because this and the method are based on a common inventive idea.

Bei einem Lenkgetriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagerte Zahnstange und ein in deren Verzahnungsabschnitt ein drehbar gelagertes Lenkritzel eingreift, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zahnstange gemäß einer vorangehend beschriebenen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Bei einem an sich bekannten Lenkgetriebe kann durch eine erfindungsgemäße Zahnstange Gewicht und/oder Bauraum eingespart werden, und es kann eine hohe Laufruhe und Sicherheit gewährleistet werden.In a steering gear for a motor vehicle, comprising a toothed rack mounted so as to be displaceable in the direction of its longitudinal axis and a rotatably mounted steering pinion engaging in its toothed section, the invention provides that the toothed rack is designed according to a previously described embodiment of the method according to the invention. In a steering gear known per se, weight and/or installation space can be saved by a toothed rack according to the invention, and a high degree of smoothness and safety can be guaranteed.

Figurenlistecharacter list

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Lenksystem in einer schematischen Darstellung,
2 eine erfindungsgemäße Zahnstange in einer ersten Ausführungsform,
3 ein Rohrabschnitt zur Herstellung einer Zahnstange vor dem erfindungsgemäßen Verfahren, in einem Querschnitt und einer perspektivischen Ansicht,
4 der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitete Rohrabschnitt gemäß 4, in einem Querschnitt und einer perspektivischen Ansicht,
5 eine aus dem bearbeiteten Rohrabschnitt gemäß 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte, fertige Zahnstange, in einem Querschnitt und einer perspektivischen Ansicht,
6 eine erfindungsgemäße Zahnstange in einer zweiten Ausführungsform,
7 eine erfindungsgemäße Zahnstange in einer dritten Ausführungsform,
8 eine erfindungsgemäße Zahnstange in einer vierten Ausführungsform.

Advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show in detail:

1 a motor vehicle steering system according to the invention in a schematic representation,
2 a rack according to the invention in a first embodiment,
3 a pipe section for the production of a toothed rack before the method according to the invention, in a cross section and a perspective view,
4 the pipe section processed according to the method according to the invention 4 , in a cross section and a perspective view,
5 one from the processed pipe section according to 4 finished rack produced according to the method according to the invention, in a cross section and a perspective view,
6 a rack according to the invention in a second embodiment,
7 a rack according to the invention in a third embodiment,
8th a rack according to the invention in a fourth embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference symbols and are therefore usually named or mentioned only once.

1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Lenksystems 1 mit einer Trageinheit 10, die an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie anbringbaren, und in der eine Lenkwelle 11 drehbar gelagert ist. 1 shows a schematic perspective view of a motor vehicle steering system 1 with a support unit 10 which can be attached to a vehicle body, not shown, and in which a steering shaft 11 is rotatably mounted.

An dem in Fahrtrichtung hinteren Ende - in 1 nach links weisend - ist an der Lenkwelle 11 ein Lenkrad 12 zur Einbringung manueller Lenkbefehle durch Drehung der Lenkwelle 11 angebracht.At the rear end in the direction of travel - in 1 pointing to the left - a steering wheel 12 is attached to the steering shaft 11 for introducing manual steering commands by rotating the steering shaft 11 .

An der Lenkwelle 11 kann ferner ein Hilfskraftantrieb 14 vorgesehen sein, der abhängig von dem in das Lenkrad 12 eingebrachten manuellen Lenkmoment ein unterstützendes Hilfsmoment in die Lenkwelle 11 einkoppelt. Der Hilfskraftantrieb 14 kann in an sich bekannter Weise einen elektromotorischen Stellantrieb umfassen, der direkt oder über ein Getriebe mit der Lenkwelle 11 gekuppelt ist.An auxiliary power drive 14 can also be provided on the steering shaft 11 , which couples a supporting auxiliary torque into the steering shaft 11 depending on the manual steering torque introduced into the steering wheel 12 . The power-assisted drive 14 can comprise, in a manner known per se, an electromotive actuator which is coupled to the steering shaft 11 directly or via a gear.

In einem Lenkgetriebe 2, welches in 1 zur besseren Übersicht schematisch ohne Gehäuse dargestellt ist, ist ein am vorderen Ende der Lenkwelle 11 angebrachtes Ritzel 13 drehbar gelagert.In a steering gear 2, which 1 shown schematically without a housing for a better overview, a pinion 13 attached to the front end of the steering shaft 11 is rotatably mounted.

Das Lenkgetriebe 2 weist eine in ihrer Grundform rohrförmige, erfindungsgemäße Zahnstange 3 auf, die sich in Richtung ihrer Längsachse L axial, d.h. in ihrer Längsrichtung erstreckt. Die Zahnstange 3 ist in dem Lenkgetriebe 2 in Längsrichtung verschieblich gelagert, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet ist.The steering gear 2 has a rack 3 according to the invention which is tubular in its basic form and which extends axially in the direction of its longitudinal axis L, i.e. in its longitudinal direction. The rack 3 is slidably mounted in the steering gear 2 in the longitudinal direction, as indicated by the double arrow.

Die beiden äußeren Enden der Zahnstange 3 sind über Spurstangen 15 mit den Achsschenkeln lenkbarer Räder 16 verbunden.The two outer ends of the toothed rack 3 are connected via tie rods 15 to the steering knuckles of steerable wheels 16 .

Die Zahnstange 3 weist in einer ersten Ausführungsform, die in 2 separat dargestellt ist, einen rohrförmigen Grundkörper 30 auf, der einen Verzahnungsabschnitt 31 aufweist, der eine axiale Länge A hat und eine Verzahnung mit einer Mehrzahl von quer zur Längsachse L verlaufenden, in Längsrichtung im Zahnabstand zueinander angeordneten Zähnen 32 einer Verzahnung aufweist. Das Ritzel 13 greift in die Verzahnung des Verzahnungsabschnitts 31 ein, so dass eine Drehung der Lenkwelle 11 über eine Längsverschiebung der Zahnstange 3 in einen Lenkeinschlag der Räder 16 umgesetzt wird.In a first embodiment, shown in 2 shown separately, has a tubular base body 30 which has a toothing section 31 which has an axial length A and has a toothing with a plurality of teeth 32 of a toothing which run transversely to the longitudinal axis L and are arranged longitudinally at a tooth spacing from one another. The pinion 13 engages in the toothing of the toothed section 31 so that a rotation of the steering shaft 11 is converted into a steering angle of the wheels 16 via a longitudinal displacement of the toothed rack 3 .

Der rohrförmige Grundkörper 30 ist hohlzylindrisch mit einem Außendurchmesser D.The tubular base body 30 is hollow-cylindrical with an outer diameter D.

Die Herstellung einer Zahnstange 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist schematisch in aufeinander folgenden Fertigungsschritten in den 3, 4 und 5 gezeigt.The production of a rack 3 according to the method according to the invention is shown schematically in successive manufacturing steps in FIGS 3 , 4 and 5 shown.

3 zeigt einen Rohrabschnitt 4, der als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren von einem längeren Stahl-Rohrmaterial abgelängt ist. Der hohlzylindrische Rohrabschnitt 4 hat einen Außendurchmesser D und eine über den Umfang gleichmäßige Wandstärke B. 3 shows a pipe section 4, which is cut to length from a longer steel pipe material as the starting material for the method according to the invention. The hollow-cylindrical tube section 4 has an outside diameter D and a wall thickness B that is uniform over the circumference.

4 zeigt den Rohrabschnitt 4, an dem gemäß dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine einseitige Abflachung 41 ausgebildet ist. Die Abflachung 41 ist eben ausgebildet, wobei die ebene Außenseite sich entlang einer Sekante durch den kreisförmigen Querschnitt mit dem Außendurchmesser D erstreckt. Die Abflachung 41 hat quer zur Längsachse L gemessen eine Breite C, welche der Länge der besagten Sekante entspricht, wie in dem links in 4 gezeigten Querschnitt erkennbar ist. Die axiale Länge der Abflachung 41 entspricht der Länge A des Verzahnungsabschnitts. 4 shows the pipe section 4 on which a one-sided flattening 41 is formed according to the first step of the method according to the invention. The flattening 41 is planar, with the planar outer side extending along a secant through the circular cross-section with the outer diameter D. The flattening 41 has a width C, measured transversely to the longitudinal axis L, which corresponds to the length of said secant, as shown in the figure on the left in 4 shown cross-section can be seen. The axial length of the flattened area 41 corresponds to the length A of the toothed section.

Die Abflachung 41 wird durch oszillierendes Hämmern mittels eines radial von außen gegen den Rohrabschnitt 4 schlagenden Hammerwerkzeugs 5 erzeugt. Dabei wird die ursprünglich zylindrische äußere Umfangsfläche des Rohrabschnitts 4 in die ebene Außenseite der Abflachung 41 umgeformt. Dadurch, dass die Breite C der Abflachung 41 kleiner ist als die Umfangsänge des plastisch flach umgeformten Kreisbogenabschnitts mit dem Außendurchmesser D über die der Breite C entsprechenden Sekante, wird die Wand im Bereich der Abflachung 41 derart in Umfangsrichtung gestaucht, dass durch plastische Umformung eine Wandstärkenvergrößerung W erzeugt wird. Wie in dem Querschnitt von 4 (links) erkennbar ist, ist die vergrößerte Wandstärke, die der Wandstärkenvergrößerung W im Bereich der Abflachung 41 entspricht, größer als die Wandstärke B des Rohrabschnitts 4, welche identisch ist mit der Wandstärke B in dem unverformten Grundkörper 30 axial außerhalb der Abflachung 41. Im Bereich des Rückens 42, auch als Zahnstangenrücken 42 bezeichnet, der der Abflachung radial gegenüberliegt, sind der Außendurchmesser D und auch die Wandstärke B unverändert zum Rohrabschnitt 4.The flattening 41 is produced by oscillating hammering by means of a hammer tool 5 striking the pipe section 4 radially from the outside. In the process, the originally cylindrical outer peripheral surface of the tube section 4 is formed into the flat outside of the flattening 41 . Because the width C of the flattened area 41 is smaller than the circumferential length of the plastically flattened circular arc section with the outer diameter D over the secant corresponding to the width C, the wall in the area of the flattened area 41 is compressed in the circumferential direction in such a way that plastic deformation increases the wall thickness W is generated. As in the cross section of 4 (Left) can be seen, the increased wall thickness, which corresponds to the increase in wall thickness W in the area of the flattening 41, is greater than the wall thickness B of the tube section 4, which is identical to the wall thickness B in the undeformed base body 30 axially outside of the flattening 41. In the In the area of the back 42, also referred to as the toothed rack back 42, which is radially opposite the flattening, the outer diameter D and also the wall thickness B are unchanged compared to the pipe section 4.

Die axiale Breite E der beim Hämmern radial von außen auf den Rohrabschnitt 4 auftreffenden Formfläche des Hammerwerkzeugs 5 ist kleiner als die Länge A der Abflachung 41 bzw. des Verzahnungsabschnitts 31. Die plastische Umformung über die gesamte Länge A erfolgt dadurch, dass jeweils nach einem oder mehreren Hammerschlägen ein schrittweiser axialer Vorschub des Rohrabschnitts 4 relativ zum Hammerwerkzeug 5 erfolgt, wie in 4 mit den längs aufeinander folgenden Pfeilen angedeutet ist. Dadurch erfolgt eine schrittweise, ein gleichmäßiges Gefüge begünstigende plastische Umformung.The axial width E of the forming surface of the hammer tool 5 striking the pipe section 4 radially from the outside during hammering is smaller than the length A of the flattening 41 or of the toothed section 31. The plastic deformation over the entire length A takes place in that after one or several hammer blows, a gradual axial advance of the pipe section 4 relative to the hammer tool 5 takes place, as in 4 is indicated by the arrows following one another lengthwise. This results in a gradual plastic deformation that promotes a uniform structure.

Ausgehend von 4 werden die Zähne 32 aus dem Vollen der Abflachung 41 spanabhebend bevorzugt gefräst oder geräumt, so dass die in 5 dargestellte fertige Ausführung der Zahnstange 3 realisiert ist. Die Zahnspitzen der Zähne 32 enden daher im Prinzip in der äußeren Ebene der Abflachung 41 gemäß 4.Starting from 4 the teeth 32 are preferably milled or broached from the solid part of the flattened area 41 so that the in 5 shown finished version of the rack 3 is realized. The tooth tips of the teeth 32 therefore in principle end in the outer plane of the flat 41 according to FIG 4 .

Der Zahnstangenrücken 42, der dem Verzahnungsabschnitt 31 radial gegenüberliegt, hat denselben Außendurchmesser D und dieselbe Wandstärke B wie der unverformte Rohrabschnitt 4. Der im gezeigten Beispiel ebenfalls unverformte rohrförmige Grundkörper 30 hat axial außerhalb des Verzahnungsabschnitts 31 dieselben Abmessungen.The rack back 42, which is radially opposite the toothed section 31, has the same outside diameter D and the same wall thickness B as the undeformed tubular section 4. The tubular base body 30, which is likewise undeformed in the example shown, has the same dimensions axially outside the toothed section 31.

Wie in dem Querschnitt (links) in 5 erkennbar ist, sind die Zähne 32 der Verzahnung in der Wandstärkenverdickung W der Abflachung 41 aus dem Vollen gearbeitet, bevorzugt durch Fräsen oder Räumen. Die Zahnhöhe der Zähne 32 gemessen in radialer Richtung vom Zahnfuß bis zur Zahnspitze (Zahnkopf) ist kleiner als die Wandstärkenverdickung W.As in the cross section (left) in 5 As can be seen, the teeth 32 of the toothing in the thickened wall thickness W of the flattened area 41 are machined from the solid, preferably by milling or broaching. The tooth height of the teeth 32 measured in the radial direction from the tooth base to the tooth tip (tooth tip) is smaller than the thickening of the wall thickness W.

Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine sogenannte gebaute Zahnstange 6, bei der eine erfindungsgemäß gefertigte Zahnstange 3 ein Zahnstangensegment bildet, welches mit einem als Gewindesegment 61 mit einem Gewindeabschnitt 62 ausgestalteten Funktionssegment an einer Fügestelle 63 zusammengefügt ist, beispielsweise durch Verschweißen insbesondere Reibschweissen. Der Gewindeabschnitt 62 kann beispielsweise ein Kugelgewinde eines Kugelumlauftriebs sein, in dem über eine motorisch drehend antreibbare Kugelmutter eines hier nicht gezeigten Hilfskraftantriebs eine zusätzliche Hilfskraft in Längsrichtung der Zahnstange 6 eingekoppelt werden kann.At the in 6 The exemplary embodiment shown is a so-called assembled rack 6, in which a rack 3 manufactured according to the invention forms a rack segment which is joined at a joint 63 to a functional segment designed as a threaded segment 61 with a threaded section 62, for example by welding, in particular friction welding. The threaded section 62 can be, for example, a ball thread of a recirculating ball drive, in which an additional auxiliary force can be coupled in the longitudinal direction of the toothed rack 6 via a ball nut that can be driven in rotation by a motor of an auxiliary power drive, not shown here.

Die in 7 gezeigte dritte Ausführungsform einer Zahnstange 3 ist wiederum einstückig ausgebildet wie die erste Ausführung gemäß 2. Zusätzlich zu dem Verzahnungsabschnitt 31 weist diese dritte Ausführung einen zweiten Verzahnungsabschnitt 33 auf, der relativ zum ersten Verzahnungsabschnitt 31 mit axialem Abstand und um die Längsachse L versetzt angeordnet ist. Ein motorisch antreibbares Ritzel eines nicht dargestellten Hilfskraftantriebs kann mit diesem Verzahnungsabschnitt 33 in Eingriff stehen, um eine Hilfskraft in Längsrichtung in die Zahnstange 3 einzukoppeln.In the 7 shown third embodiment of a rack 3 is in turn formed in one piece as the first embodiment according to 2 . In addition to the toothed section 31, this third embodiment has a second toothed section 33, which is arranged at an axial distance and offset about the longitudinal axis L relative to the first toothed section 31. A motor-driven pinion of an auxiliary power drive, not shown, can be in engagement with this toothed section 33 in order to couple an auxiliary force into the toothed rack 3 in the longitudinal direction.

Die in 8 gezeigte vierte Ausführung ist wiederum eine gebaute Zahnstange 6 ähnlich der in 6, wobei jedoch zwei im Prinzip gleichartig aufgebaute, erfindungsgemäße Zahnstangen 3 jeweils Zahnstangesegmente bilden, die an einer Fügestelle 63 miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißen. Dabei können die beiden Verzahnungsabschnitte 31 angeordnet sein wie die Verzahnungsabschnitte 31 und 33 der einstückigen Ausführung gemäß 7.In the 8th The fourth embodiment shown is again a built rack 6 similar to that in 6 , However, two racks 3 according to the invention, constructed in principle in the same way, each form rack segments which are connected to one another at a joint 63, for example by welding. The two toothed sections 31 can be arranged like the toothed sections 31 and 33 according to the one-piece design 7 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Kraftfahrzeug-Lenksystemmotor vehicle steering system
1010: Trageinheitcarrying unit
1111: Lenkwellesteering shaft
1212: Lenkradsteering wheel
1313: Ritzelpinion
1414: Hilfskraftantriebauxiliary drive
1515: Spurstangentie rods
1616: Radwheel
22: Lenkgetriebesteering gear
2121: GehäuseHousing
33: Zahnstangerack
3030: Grundkörperbody
3131: Verzahnungsabschnittgear section
3232: ZahnTooth
3333: Verzahnungsabschnittgear section
44: Rohrabschnittpipe section
4141: Abflachungflattening
4242: Zahnstangenrücken (Rücken)rack back (back)
55: Hammerwerkzeughammer tool
66: Zahnstange rack
LL: Längsachselongitudinal axis
AA: Länge des Verzahnungsabschnitts 31Length of toothed section 31
DD: Außendurchmesser des Grundkörpers 30Outside diameter of the base body 30
BB: Wandstärke des Rohrabschnitts 4Wall thickness of the pipe section 4
CC: Breite der Abflachung 41Width of flat 41
EE: BreiteBroad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2019/078276 A1 [0004]
EP 1839772 A1 [0004]

Claims

Method for producing a toothed rack (3, 6) for a steering gear (2) of a motor vehicle, which has a tubular hollow profile which extends axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis (L) and has an axially extending toothing section (31) with a toothing, in which a hollow-cylindrical Pipe section (4) with a given wall thickness (B) that is uniform over the circumference, into which the toothing (32) is introduced, characterized by the steps of - producing a flattening (41) with an increase in wall thickness (W) by local plastic Forming, - producing the toothing (32) in the area of the increase in wall thickness (W).

procedure after claim 1 , characterized in that the increase in wall thickness is produced by flattening a partial peripheral area of the pipe section (4).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the increase in wall thickness (W) is produced by cold forming.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic deformation is carried out by a deformation tool (5) acting in the radial direction from the outside.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic deformation takes place by oscillating hammering.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic deformation takes place progressively in the axial direction.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a supporting mandrel is arranged in the pipe section (4) during the plastic deformation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the increase in wall thickness (W) is greater than 10% of the wall thickness (B) of the hollow-cylindrical tube section (4).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the increase in wall thickness is less than 40% of the wall thickness of the hollow-cylindrical tube section (4).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the toothing is formed by machining or is produced by plastic deformation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one toothed segment (3) having the toothed section (31) is produced and joined together axially in a subsequent step with at least one further shaft segment (3, 61).

Rack (3, 6) for a steering gear (2) of a motor vehicle, characterized in that they according to a method according to one of Claims 1 until 11 is made.

Rack (3, 6) for a steering gear (2) of a motor vehicle, which has a tubular base body (30) which extends axially in the longitudinal direction of a longitudinal axis (L) and has an axially extending toothing section (31) with a toothing having at least one tooth (32) characterized in that the tubular base body (30), at least in a section adjacent to the toothed section (31), has a uniform wall thickness (B) over the circumference and the toothed section (31) in the region of the tooth (32) has an increase in wall thickness (W ) that is greater than the wall thickness (B).

Rack (3, 6) after claim 12 or 13 , characterized in that the toothing is formed by a machining operation and/or that the toothed section (31) has a reduced elongation at break compared to the adjacent section.

Steering gear (2) for a motor vehicle, comprising a toothed rack (3, 6) displaceably mounted in the direction of its longitudinal axis (L) and a rotatably mounted steering pinion (13) engaging in its toothed section (31), characterized in that the toothed rack (3 , 6) is formed according to one of Claims 12 until 14 .